Das Leben auf der Erde verändert sich aufgrund der Klimakrise rasant. Einige Arten passen sich an neue Umgebungen an, andere sterben aus. Indem wir lernen, wie Pflanzen durch vergangene Klimaereignisse beeinflusst wurden, können wir uns auf die Zukunft vorbereiten. Wissenschaftler können „zeitreisen“, indem sie Puzzles zusammensetzen, die aus Fossilien, historischen Pflanzen- und Klimaaufzeichnungen und Genetik bestehen.
Magnolien (Familie der Magnoliengewächse) sind eine der frühesten überlebenden Blütenpflanzen und umfassen etwa 210-340 Arten, die meistens wachsen nördlich gemäßigten bis tropischen und subtropischen Regionen Asiens und Amerikas. Ihr komplexes Klassifikationssystem besteht aus Unterfamilien, Gattungen, Untergattungen, Sektionen und Untersektionen. Diese Komplexität spiegelt die morphologische und genetische Vielfalt der Magnolien wider, die es ihnen ermöglicht haben, in vielen verschiedenen Teilen der Welt zu wachsen.
Die jüngste Studie von Nan Zhao, Suhyeon Park und Kollegen legt dies nahe eine Gruppe von Magnolienarten (Untergattung Magnolie, Abschnitt Michelle) hat vor 8 und 3 Millionen Jahren (Mya) zwei wichtige evolutionäre Veränderungen durchlaufen, möglicherweise aufgrund drastischer klimatischer Veränderungen (asiatischer Monsun, globale Abkühlung). Diese Gruppe von 37 Arten könnte zuerst von tropischen Gebieten in subtropische Gebiete gezogen sein, gefolgt von einer Ausbreitung von subtropischen Gebieten in die Tropen. Während diese Bewegungen Millionen von Jahren brauchten, um sich zu entwickeln, ist es eine interessante evolutionäre Geschichte.
Bevor wir in die Details dieser Studie eintauchen, beginnen wir mit einer kleinen Erinnerung an die geologische Zeitskalen. Das Phanerozoikum (540 Mya bis heute) wird in das Paläozoikum („frühes Leben“), das Mesozoikum („mittleres Leben“) und das Känozoikum („neues Leben“) unterteilt. Dinosaurier starben zu Beginn des Känozoikums (65 Mya) aus. Dieses Zeitalter wird weiter in 3 Perioden (Paläogen, Neogen und Quartär) und 7 Epochen (z. B. Paläozän, Eozän bis Holozän) unterteilt. Es gab viele tektonische und drastische klimatische Ereignisse, einschließlich eines globalen Abkühlungstrends.
In Asien sollen sich die Monsunsysteme zwischen dem Eozän bis frühen Miozän gebildet haben und unterschiedlich intensiv gewesen sein, wobei sie sich seit ca. 3 Mya. Der Aufstieg des Himalaya-Tibetischen Plateaus und die Dynamik der Monsunsysteme führten wahrscheinlich zu einer schnellen Diversifizierung von Tieren und Pflanzen. Südasien (<32°N) hat tropische und subtropische Regionen, zahlreiche Biodiversitäts-Hotspots und ist die Heimat vieler Magnolien.
Wie bereits erwähnt, haben Magnolien eine komplizierte Klassifizierungs-System. Die Familie Magnoliaceae hat zwei Unterfamilien, Liriodendroideae und Magnolioideae. Letztere besteht aus Untergattungen Yulania, Gynopodium, und Magnolie. Letzteres hat 9 Abschnitte, darunter Magnolie und Michela. Die Sektion Michelle zeichnet sich durch immergrüne Blätter aus und hat etwa 73 Arten. Der Unterabschnitt Michelle hat weitere 4 Unterabschnitte (Elmerrillia, Maingola, Aromadendron und Michelia). Ja, Pflanzentaxonomen gruppieren Arten gerne in schöne und ordentliche Kästen, verwirren dann aber alle, was eine Pflanzenart ist und wie sie alle miteinander in Beziehung stehen!
Sir David Attenborough selbst beleuchtete die interessante Geschichte der Magnolienbäume, die aus 2,000 Jahre alten Samen wuchsen und mehr Blütenblätter hatten als die Bäume, die heute in der Magnolie wachsen Reihe Privatleben der Pflanzen. Es gibt unzählige Fragen zur Evolution dieser Pflanzen.
Nan Zhao, Suhyeon Park und Kollegen machten sich daran, den Abschnitt zu untersuchen Michelle und stellen Sie Fragen zu ihrer evolutionären Dynamik zwischen tropischen und subtropischen Regionen in Südasien. Die Forscher interessierten sich insbesondere dafür, ob die Evolutionsmuster (Diversifizierung und Ausbreitung) dieser Pflanzen mit vergangenen klimatischen Ereignissen zusammenfielen.
Sie sammelten 96 Magnolienproben, von denen 42 zu den gehörten Michelle Abschnitt Michelle Unterabschnitt. Basierend auf Plastidengenomen konstruierten sie einen Stammbaum und schätzten, wann sich die verschiedenen Arten voneinander getrennt (divergiert) haben. Diese molekulare Uhr wurde anhand von Magnolienfossilien geschätzt. Der älteste fossile Samen stammt von Liriodendroidea alata wurde in Kasachstan gefunden und war ungefähr 100.5–93.9 Millionen Jahre alt (Myo).
Die Vorfahrenverteilung, Diversifikation und Ausbreitungsereignisse dieser Pflanzen wurden auf der Grundlage ihrer aktuellen Verbreitung, Phylogenetik und verschiedener makroevolutionärer Modelle geschätzt.
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Familie Magnoliaceae 94.9 Mya lang war und die Unterfamilie Magnolioideae 36 Mya lang war. Der Magnolie Abschnitte Michelle und Julia divergierte um 25.5 Mya. Dann der Abschnitt Michelle könnte in den Tropen entstanden sein und 16.3 Mya in der Mitte des Miozäns aufgeteilt haben.
Als nächstes der Unterabschnitt Michelle trennte 10.8 Mya, die ebenfalls aus den Tropen stammten. Innerhalb dieses Unterabschnitts nahm die Diversifizierung bis 8 Mya in den Tropen zu und ging dann langsam zurück. In den Subtropen jedoch geschah dieser Höhepunkt ca. 3 Mya. Diese „Spitzen“ fallen zusammen mit der abrupten Abschwächung und dann der Variabilität des ostasiatischen Monsuns um etwa 7.5 Mya und 3 Mya und auch, wenn diese Pflanzen dürreresistente Eigenschaften entwickelt haben könnten.
„[D]er oligozäne Ursprung von M. Abschnitt Michelle schlägt seine abweichende Anpassung an eine feuchte/warme Monsunumgebung in Südasien vor, während seine Schwestersektion Julia hätte sich an eine trockene/kühle Umgebung in Nordostasien angepasst“, schrieben Zhao und Kollegen.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass der asiatische Monsun für den Ursprung von grundlegender Bedeutung war M. Abschnitt Michelle in den Tropen. Das Team fand auch heraus, dass die Ausbreitungs- und Diversifizierungsereignisse in den Tropen vor den Subtropen in einem asymmetrischen Muster stattfanden, das möglicherweise durch eine Abkühlungsperiode ermöglicht wurde.
Diese Ergebnisse von Zhao und Kollegen zeigen, wie nur eine Gruppe von Magnolie Arten wurden zuvor von klimatischen Ereignissen beeinflusst. Der neuster IPPC-Bericht schlägt vor, dass es „jetzt oder nie“ für die Welt ist, die globale Erwärmung um 1.5 °C über das vorindustrielle Niveau hinaus zu verhindern. Fast die Hälfte von allem Magnolie Arten waren 2007 vom Aussterben bedroht und Asiatische Arten sind anfälliger für den Klimawandel.
„Insgesamt haben wir ein typisches Beispiel für Pflanzen geliefert, deren Evolution vergangene klimatische Veränderungen in Südasien widerspiegelt. Diese Informationen könnten einzigartige Einblicke in die Auswirkungen der anhaltenden globalen Erwärmung (einschließlich des Verlusts der biologischen Vielfalt) liefern und mögliche Methoden zu ihrer Bekämpfung vorschlagen.“
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Zhao, N., Park, S., Zhang, YQ, Nie, ZL, Ge, XJ, Kim, S. und Yan, HF, 2022. Fingerabdrücke klimatischer Veränderungen durch das späte Känozoikum in der südasiatischen Flora: Magnolie Abschnitt Michelle (Magnoliengewächse). Annals of Botany. https://doi.org/10.1093/aob/mcac057
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